DE4040599C2 - Geschwindigkeits-Wegstreckensensor für Kraftfahrzeuganwendungen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Geschwindigkeits-Wegstrec­ kensensor nach dem Dopplerprinzip, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Es ist bekannt, ein Fahrzeug mit einem Doppler-Radarge­ rät auszustatten, wobei die Antenne dieses Radargerätes einen Sendestrahl schräg auf das zu überfahrende Gelän­ de richtet. Die reflektierten Empfangssignale haben eine von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängige Doppler-Verschiebung, die in entsprechenden Auswerte­ schaltungen ausgefiltert und durch Frequenzmessung be­ stimmt werden kann.

Weiterhin ist aus der DE-OS 38 21 215 bekannt, daß ein solcher Geschwindigkeits-Wegstreckensensor zwei Anten­ nen aufweisen kann, von denen eine unter einem bestimm­ ten Winkel in die Fahrtrichtung strahlend geneigt und die zweite unter einem Winkel gegen die Fahrtrichtung strahlend geneigt angeordnet ist und beide in einem flachen Trägerkörper zusammen mit der Auswerteelektro­ nik integriert sind. Bei dieser Anordnung der beiden Antennen bilden deren beiden Strahlungskegel einen zum Untergrund gerichteten Trichter. Durch die Verwendung zweier Antennen ergibt sich eine Kompensation von Fehlern, welche durch eine Veränderung des Anstellwinkels während des Fahrbetriebs hervorgerufen werden. Da bei einer Schrägstellung das den Sensor tragenden Fahrzeu­ ges der eine Anstellwinkel vergrößert und der andere Anstellwinkel verkleinert wird, erhält man durch die Mittelwertbildung eine weitgehende Eliminierung der so auftretenden Fehler, so daß die über lange Zeit gemes­ sene Doppler-Frequenz weitgehend unabhängig von dieser Schrägstellung des Fahrzeuges ist. Bei diesen bekannten Geschwindigkeits-Wegstreckensensoren wird nur ein ge­ ringer Strahlungsanteil des gesendeten Signals am Un­ tergrund zur Antenne zurückreflektiert, wobei jedoch der größere Anteil des reflektierten Signales verloren­ geht. Die Intensität des reflektierten Anteils des Signales hängt von der Oberflächenbeschaffenheit des vom Kraftfahrzeug überfahrenden Untergrundes ab. Insbe­ sondere bei spiegelnden Oberflächen, wie beispielsweise Wasser oder Glatteis, wird nahezu das gesamte Signal ohne Streureflexion auf die Antenne an diesen Oberflä­ chen reflektiert, infolgedessen über die Antenne kein hinreichend großes Auswertesignal detektierbar ist.

Des weiteren besteht bei diesem bekannten Geschwindig­ keits-Wegstreckensensor der Nachteil, daß der Sende- und Empfangsteil aufwendig aufgebaut ist, da er manche Elemente in zweifacher Ausführung wie beispielsweise Verstärker und Mischstufen enthält.

Schließlich ist aus der US 4 050 071 ein weiterer Ge­ schwindigkeitssensor mit drei Antennen bekannt, wobei eine Sendeantenne und eine erste Empfangsantenne in Fahrtrichtung des Fahrzeuges gegen den Untergrund ge­ neigt sind und eine zweite Empfangsantenne mit dem gleichen Neigungswinkel wie die zuvor genannten Anten­ nen in Rückwärtsrichtung so gegen den Untergrund ge­ neigt ist, daß sich die Strahlungskeulen auf dem Unter­ grund überschneiden. Die in Vorwärtsrichtung geneigte Sendeantenne strahlt ein Sendesignal ab, das durch Re­ flexion am Untergrund einerseits auf die in Rückwärts­ richtung geneigte zweite Empfangsantenne und anderer­ seits auf die erste Empfangsantenne auftrifft. Die Aus­ werteelektronik für die drei Antennen dieses bekannten Sensors erfordert einen hohen Aufwand an Bauelementen, da u. a. die Signalerzeugung als auch die Verarbeitung der Empfangssignale in jeweils eigenen Schaltungszwei­ gen erfolgt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Geschwindigkeits-Wegstreckensensor der eingangs genann­ ten Art anzugeben, der die oben genannten Nachteile vermeidet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 angegeben.

Das Wesen der Erfindung besteht demnach darin, zwei An­ tennen in einem bestimmten Abstand zueinander anzuord­ nen, wobei die Antennen so ausgebildet sind, daß das von jeder Antenne abgestrahlte und am Untergrund re­ flektierte Signal nicht nur von der dieses Signal sen­ denden Antenne selbst, sondern auch von der anderen An­ tenne empfangen wird. Somit kann jede Antenne das von der anderen Antenne abgestrahlte Signal direkt empfan­ gen. Unabhängig von den Reflexionsverhältnissen der Oberfläche des Untergrundes erhält jede Antenne wenig­ stens das von der anderen Antenne abgestrahlte Signal oder - bei entsprechenden Reflexionsverhältnisse der Oberfläche des Untergrundes - auch das rückreflektierte Signal. Ebenfalls kann bei diesem erfindungsgemäßen Sensor der durch eine Schrägstellung des den Sensor tragenden Fahrzeuges hervorgerufene Fehler kompensiert werden.

Schließlich ist es vorteilhaft, daß beiden Antennen nur ein einziger Sende- und Empfangsteil zugeordnet ist. Das von einem solchen Sende- und Empfangsteil empfange­ ne Signal setzt sich daher aus vier verschiedenen Si­ gnalen zusammen: einmal aus dem von der Antenne 1 zu der Antenne 2 bzw. von der Antenne 2 zu der Antenne 1 reflektierten Signal und zum anderen aus dem an der An­ tenne 1 bzw. an der Antenne 2 zurückgestreuten Signal. Hieraus ergibt sich ein besonders einfacher und kosten­ günstiger Aufbau des erfindungsgemäßen Geschwindig­ keits-Wegstreckensensors.

Vorzugsweise können die Winkel der Hauptstrahlrichtun­ gen der beiden Antennen übereinstimmen.

Weiterhin können bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die beiden Antennen als Richtantennen ausgebildet werden, wobei diese Richtantennen mit den geforderten Winkeln der Hauptstrahlrichtung geneigt an­ geordnet werden müssen.

Ferner ergibt sich bei einer anderen bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung durch die Verwendung von Planarantennen eine besonders flache Bauform des Ge­ schwindigkeits-Wegstreckensensors. Hierbei sind die Planarantennen so ausgebildet, daß deren Hauptstrahl­ richtungen die geforderte Neigung aufweisen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren darge­ stellt und erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des Prinzips der Erfindung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausfüh­ rungsbeispieles der Erfindung.

In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Nach Fig. 1 ist eine erste Antenne A1 und eine zweite Antenne A2 über entsprechende Sende- und Empfangslei­ tungen auf einen Knoten 7 zusammengeführt. Eine Sende- und Empfangseinheit 4 ist über eine weitere Leitung mit diesem Knotenpunkt 7 verbunden, über den sowohl die Sende- als auch Empfangssignale geführt werden. Die beiden Antennen A1 bzw. A2 haben von diesem Schaltungs­ knoten 7 jeweils einen Abstand l1 bzw. l2.

Die Antenne A1 bzw. A2 erzeugt einen zu einem Unter­ grund 3 gerichteten Strahlungskegel 1α bzw. 2α mit ei­ ner Hauptstrahlrichtung 1 bzw. 2. Das besondere hierbei ist jedoch, daß diese Strahlungskegel 1α und 2α so zu­ einander geneigt sind, daß ein Signal in Hauptstrahl­ richtung von der Antenne A1 zur Antenne A2 bzw. umge­ kehrt von Antenne A2 zu Antenne A1 reflektiert wird. Somit kann jede Antenne das von der anderen Antenne ge­ sendete Signal empfangen.

Das Sende- und Empfangsteil 4 enthält einen Oszilla­ tor Osz, der sowohl als Sender und als lokaler Oszilla­ tor für eine Mischerstufe M dient. Das von dem Oszilla­ tor Osz erzeugte Sendesignal wird über einen Koppler K über den Schaltungsknoten 7 auf die beiden Antennen A1 und A2 geführt, während das LO- und das Empfangssignal der beiden Antennen A1 und A2 dem Mischer M zugeführt werden. Am Mischerausgang steht das Doppler-Signal als ZF-Signal zur Verfügung, das einer Auswerteeinheit 5 zugeführt wird.

Um die Phasenlage der beiden von den Antennen empfange­ nen Signale zu optimieren, ist eine Anpassung der Ab­ stände l1 und l2 der Antennen A1 und A2 vom Knotenpunkt 7 notwendig.

Eine flache Bauform des erfindungsgemäßen Geschwindig­ keits-Wegstreckensensors wird durch die Verwendung von planaren Antennen A1 und A2 erzielt. Ein solcher Ge­ schwindigkeits-Wegstreckensensor ist nach Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 6 versehen, wobei dort die beiden An­ tennen A1 und A2 in einem Abstand l zueinander angeord­ net sind. Der Abstand dieses Geschwindigkeits-Weg­ streckensensors 6 zum Untergrund 3 ist mit d bezeich­ net. Hierbei sind die beiden Neigungswinkel der beiden Hauptstrahlrichtungen 1 und 2 α1 und α2, die vorzugs­ weise gleich sind. Die Winkel α1 und α2 sollten so ge­ wählt werden, daß die Länge 1 des Geschwindigkeits- Wegstreckensensors 6 noch akzeptabel bleibt. Schließ­ lich können eventuelle Fehler, die durch eine Änderung des Abstandes d verursacht werden, durch eine starke Bündelung der Strahlungskegel der beiden Antennen A1 und A2 reduziert werden.

Die Antennen A1 und A2 können in Mikrostreifen-Bauweise ausgebildet werden, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß sich durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der einzelnen Mikrostreifen-Elemente jede gewünschte Antennencharakteristik auf einfache Weise erzielen läßt.

Ferner kann der Sende- und Empfangsteil 4 als inte­ grierter GaAs-Schaltkreis aufgebaut werden, und kann in der flachen Bauweise des Geschwindigkeits-Wegstrecken­ sensors 6 nach Fig. 2 integriert werden. Ein solcher Sende- und Empfangsteil kann im 24 GHz-Bereich arbei­ ten. Für eine ausreichende Bündelung der Strahlungske­ gel ist jedoch eine Frequenz von wenigstens 10 GHz not­ wendig.

Claims (4)

1. Geschwindigkeits-Wegstreckensensor nach dem Doppler- Prinzip, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, wo­ bei der Sensor zwei auf einem Trägerkörper (6) zusammen mit einem Sende- und Empfangsteil (4) integrierte An­ tennen (A1, A2) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die erste Antenne (A1) ist so ausgebildet, daß die Hauptstrahlrichtung (1) ihres Sendesignals unter einem solchen Winkel (α1) gegen die Fahrtrichtung des Sensors geneigt ist, daß das reflektierte Sen­ designal von der zweiten Antenne (A2) als erstes Empfangssignal empfangen wird,
• b) die zweite Antenne ist so ausgebildet, daß die Hauptstrahlrichtung (2) ihres Sendesignals unter einem solchen Winkel (α2) gegen die Fahrtrichtung des Sensors geneigt ist, daß das reflektierte Sen­ designal von der ersten Antenne (A1) als erstes Empfangssignal empfangen wird,
• c) jede Antenne (A1, A2) empfängt neben ihrem ersten Empfangssignal auch ein zweites Empfangssignal, das jeweils durch ihr eigenes, rückreflektiertes Sendesignal erzeugt wird,
• d) das Sende- und Empfangsteil (4) versorgt einer­ seits gleichzeitig beide Antennen mit einem Sende­ signal und bekommt andererseits gleichzeitig die vier Empfangssignale der beiden Antennen (A1, A2) zugeführt und
• e) das Sende- und Empfangsteil (4) enthält einen ein­ zigen Oszillator (OSZ) und eine einzige Mischer- Stufe (M), wobei der Oszillator (OSZ) gleichzeitig als Sender und als lokaler Oszillator dient und der lokale Oszillator zusammen mit der Mischerstu­ fe (M) ein Zf-Signal erzeugt.

2. Geschwindigkeits-Wegstreckensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (α1, α2) der Hauptstrahlrichtungen (1, 2) der beiden Antennen (A1, A2) übereinstimmen.

3. Geschwindigkeits-Wegstreckensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen (A1, A2) als Richtantennen ausgebildet sind, die mit den entsprechenden Winkeln (α1, α2) der Hauptstrahl­ richtung (1, 2) geneigt sind.

4. Geschwindigkeits-Wegstreckensensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen (A1, A2) als Planarantennen so ausgebildet sind, daß deren Hauptstrahlrichtungen (1, 2) die geforderte Nei­ gung zum Untergrund (3) aufweisen.